JP5556598B2 - 架空設備用支持物の負荷応力推定方法及び柱状構造物の形状測定方法 - Google Patents
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また、支持物の表面形状から基準中心線と測定中心線とを求め、これらの中心線を利用して変位値及び負荷応力を求めるので、支持物全体の表面形状が得られない場合であっても精度良く負荷応力を推定することが可能である。
この方法によれば、三次元座標空間を一義的に規定することができるため、異なる測定機会で共通の三次元座標空間を形成することが可能である。
この方法によれば、ユーザーが管理対象としている支持物にマーカーを設定するので、マーカーが除去されてしまう可能性が低くなる。
この方法によれば、三次元座標空間を一義的に規定することができるため、異なる測定機会で共通の三次元座標空間を形成することが可能である。
この方法によれば、柱状構造物の形状を曲線で代替させることができ、柱状構造物の姿勢を精度良く求めることができる。
図1は、架空設備用支持物の負荷応力推定方法の一実施の形態を示すフロー図である。図2は、本実施形態の負荷応力推定方法における測定対象物と測定装置を示す図である。
図1に示すように、本実施形態の負荷応力推定方法は、三次元座標空間設定ステップST11と、表面形状測定ステップST12と、基準中心線算出ステップST13と、測定中心線算出ステップST14と、中心線変位算出ステップST15と、負荷応力取得ステップST16と、を有する。
本実施形態の負荷応力推定方法は、屋外に立設され、変圧器や腕がねの重量、電線や通信線の張力等に起因する応力により湾曲した状態の支持物10(コンクリート柱、鋼管柱)について、三次元形状測定装置100を用いて表面形状を測定し、その三次元形状測定の結果から支持物10に作用している負荷応力を推定する方法である。
まず、三次元座標空間設定ステップST11では、三次元形状測定装置100によって測定した支持物10の表面を三次元画像として構築するための三次元座標空間を設定する。具体的には、三次元形状測定装置100の機能を使用して、支持物10の表面又は周辺(三次元形状測定装置100により測定可能な範囲)に設置された複数のマーカー(基準点)を測定することにより、三次元座標系を設定する。
これにより、図3(a)に示すように支持物10の周囲の領域において測定点P1〜P3が偏って配置されている場合にも、支持物10の周面を240°以上の範囲で測定することができる。すなわち、支持物10の表面を周方向に2/3以上の長さにわたって測定することができる。これにより、測定した形状データに基づいて、直接測定できなかった範囲の支持物10の表面形状(三次元座標)を、実用的な精度で推定することが可能になる。
ここで、図4は、最小二乗中心法による円フィッティングの説明図である。
最小二乗中心法によれば、表面形状測定ステップST12により得られた形状データにおける地際位置での輪郭線が、例えば図4に示す輪郭線C1であるときに、輪郭線C1に最もよくフィットする真円Cfの中心Aと、半径Rを求めることができる。
yi=ρisinφi …(2)
また、建設時中心線が入手できない場合であっても、支持物10が傾いた状態で設置されていることが分かっている場合には、地際位置の中心から延びる基準中心線CLを、建柱時の傾き角度分だけ傾けるように補正することが好ましい。
上記の中心座標Ajを支持物10の高さ方向にわたって算出することで、応力が作用した状態の支持物10の中心線である測定中心線ML(図2参照)を取得することができる。
具体的には、高さhj(Z座標:Zhj)における測定中心線MLの座標は(Xahj,Yahj,Zhj)で与えられる。一方、基準中心線CLの座標は、高さ位置によらずX座標とY座標が一定であるから(Xsh,Ysh,Zhj)で与えられる。これらから、高さhjにおける中心線の変位値ΔDahjは、ΔDahj={(Xahj−Xsh)2+(Yahj−Ysh)2}0.5と算出することができる。
まず、図5(a)に示す支持物10Aは、図2に示した支持物10と同等品の柱状構造物(コンクリート柱や鋼管柱)である。支持物10Aの基端部は固定装置201により固定され、支持物10Aの胴体部分は台車202上に載置されている。また支持物10Aの先端部近傍に、先端がリング状のワイヤー203が掛けられている。ワイヤー203は図示略の駆動装置に接続されており、駆動装置によりワイヤー203を引っ張ることで、支持物10Aに水平方向の引張力を作用させることができるように構成されている。また支持物10Aの先端には三角形状の標識204が設けられており、標識204の先端はスケール205の原点位置に合わされている。
なお、図5(a)では支持物10Aの陰になっているが、支持物10Aの胴体部分にも、支持物10Aの長さ方向に沿って所定間隔で複数の標識204が取り付けられている。
そして、中心線変位算出ステップST15で算出した変位値ΔDhjと、上記のようにして作成した検量線とを比較することで、測定対象の支持物10に作用している負荷応力を推定することができる。
この点、本実施形態では、三次元形状測定装置100による形状測定を、支持物10を中心とする方位角で50°以上離れた2箇所を含む位置から測定している。この方法によれば、支持物10の表面を、周方向に2/3以上の長さにわたって測定することができるので、得られた形状データに基づいて、実用上十分な精度で支持物10の中心位置を算出することができ、負荷応力を推定することができる。
図6は、実施例に係る測定対象物及び測定機器の配置を示す平面図である。
図6に示すように、地際位置からの高さ12m、地際位置での直径50cmのコンクリート柱10Xを建柱し、荷重により柱頂部に水平方向の応力を与えた。この状態で、三次元形状測定装置100を用いて、複数の荷重条件について、各高さ位置での最大変位値Dhmaxを求めた。
また、上記コンクリート柱10Xと同型式のコンクリート柱を用意し、図5に示した方法で柱頂部に水平方向の応力を与えて曲げ試験を行い、各応力での曲げ方向に対する各高さ位置での最大変位の実測値Dtmaxを求めた。
本実施例の場合、コンクリート柱10Xの全体を測定しているため、最大変位値Dhmaxは、コンクリート柱10Xの測定中心線MLの基準中心線CLからの変位値ΔDajと等価である。そこで本実施例では、計算の簡素化のために最大変位値Dhmaxを用いている。
図7及び図8において、凡例に示す標識1−L、2−J等のうち、数字「1」「2」「3」はコンクリート柱の種類(型式)を示す。また、添字「L」は、曲げ試験の測定データ(Dtmax)であることを示し、添字「J」は、三次元形状測定装置による測定データ(Dhmax)であることを示す。
次に、複数の支持物の一括測定が可能であることを検証するために、図9に示す配置において三次元形状測定装置による表面形状測定を実施し、それぞれの支持物における変位値を求めた。
図9は、第2実施例における測定対象の支持物と測定機器の配置を示した平面図である。
図9に示すように、8mの間隔を空けて立設された2本の同型式のコンクリート柱10X1、10X2の周囲に、4個のマーカーM1〜M4を設定して三次元座標空間を作成し、2本のコンクリート柱10X1、10X2を同時に視野内に収められる4箇所の測定点P1〜P4から、三次元形状測定装置100による表面形状測定を行った。
図10は、荷重250kgの条件で各高さ位置の最大変位値Dhmaxを測定した結果を示すグラフである。図11は、荷重500kgの条件で各高さ位置の最大変位値Dhmaxを測定した結果を示すグラフである。
次に、負荷応力の推定に関する評価を実施した結果について説明する。評価時の測定条件を下記の表1に示す。
表1に示すように、測定点設置数、2測定点間の最大角度、測定点最大距離、測定点最小距離、地面上のマーカー個数、及び、支持物(測定対象ではない他の支持物も含む)上のマーカー個数の各条件を異ならせて、三次元形状測定装置によるコンクリート柱の表面形状測定を行い、得られた形状データから、最大変位値Dhmaxと実測値Dtmaxを求めた。
具体的には、実柱(測定対象のコンクリート柱と同型式の柱)の曲げ試験で求めた各荷重に対する各高さ位置での荷重負荷方向への柱表面の最大変位の実測値Dtmaxと、測定対象のコンクリート柱の頂部に水平に一方向の負荷荷重をかけた時に三次元形状測定装置で測定した各高さ位置での荷重負荷方向への柱中心点の水平方向の最大変位値Dhmaxとの差異ΔDhtを求め、ΔDhtが20%、あるいは50mm以内である場合に○とした。
誤差が上記の範囲内に収まる測定精度が得られていれば、通常建柱されている支持物が、設計荷重以上の負荷がかかった状態にあるか否かを識別することができる。
具体的には、測定対象のコンクリート柱の頂部に水平に一方向の負荷荷重をかけた時の各高さ位置での水平方向の最大変位を三次元形状測定装置による精密実測条件で実測した場合の最大変位値Dhsmaxを基準として、各種測定条件で得られる最大変位値Dhmaxとの差異ΔDhsを求め、ΔDhsが20%、あるいは50mm以内である場合に○とした。
ここでいう精密実測条件は、測定柱を中心とした3×Lsの円周上の90°毎に区切った4カ所を測定点かつマーカー位置として、4カ所から柱全体を柱表面上で約2cmピッチで計測する測定条件である。
Claims (6)
- 架空設備用の支持物に対して、前記支持物を中心とする方位角で50°以上離され、かつ前記支持物との距離が前記支持物の高さの0.2倍以上60倍以下の範囲内である少なくとも2箇所の測定点から、測距方式の三次元形状測定装置を用いて前記支持物の表面形状を測定する工程と、
測定した前記支持物の形状情報から、前記支持物の高さ方向に沿って前記支持物の水平方向断面の中心位置を結ぶ計測中心線と、前記支持物の地際位置における中心を通って鉛直方向に延びる基準中心線とを算出する工程と、
前記計測中心線と、前記基準中心線とを比較することにより、前記支持物の各高さ位置における水平方向の変位値を算出する工程と、
前記変位値を用いて、前記支持物と同等品の実測データに基づく検量線を参照することにより、測定対象の前記支持物の負荷応力を推定する工程と、
を有することを特徴とする架空設備用支持物の負荷応力推定方法。 - 架空設備用の支持物に対して、前記支持物を中心とする方位角で50°以上離され、かつ前記支持物との距離が前記支持物の高さの0.2倍以上60倍以下の範囲内である少なくとも2箇所の測定点から、測距方式の三次元形状測定装置を用いて前記支持物の表面形状を測定する工程と、
測定した前記支持物の形状情報から、前記支持物の高さ方向に沿って前記支持物の水平方向断面の中心位置を結ぶ計測中心線を算出する工程と、
前記計測中心線と、前記支持物の建設時の中心線である建設時中心線とを比較することにより、前記支持物の各高さ位置における水平方向の変位値を算出する工程と、
前記変位値を用いて、前記支持物と同等品の実測データに基づく検量線を参照することにより、測定対象の前記支持物の負荷応力を推定する工程と、
を有することを特徴とする架空設備用支持物の負荷応力推定方法。 - 架空設備用の支持物に対して、前記支持物を中心とする方位角で50°以上離され、かつ前記支持物との距離が前記支持物の高さの0.2倍以上60倍以下の範囲内である少なくとも2箇所の測定点から、測距方式の三次元形状測定装置を用いて前記支持物の表面形状を測定する工程と、
測定した前記支持物の形状情報から、前記支持物の地際位置における中心を通って鉛直方向に延びる基準中心線とを算出する工程と、
前記支持物の各高さ位置において前記支持物の表面と前記基準中心線との最大距離である最大変位値を算出する工程と、
前記最大変位値を用いて、前記支持物と同等品の実測データに基づく検量線を参照することにより、測定対象の前記支持物の負荷応力を推定する工程と、
を有することを特徴とする架空設備用支持物の負荷応力推定方法。 - 架空設備用の支持物に対して、前記支持物を中心とする方位角で50°以上離され、かつ前記支持物との距離が前記支持物の高さの0.2倍以上60倍以下の範囲内である少なくとも2箇所の測定点から、測距方式の三次元形状測定装置を用いて前記支持物の表面形状を測定する工程と、
前記支持物の各高さ位置において、前記支持物の表面と前記支持物の建設時の中心線である建設時中心線との最大距離である最大変位値を算出する工程と、
前記最大変位値を用いて、前記支持物と同等品の実測データに基づく検量線を参照することにより、測定対象の前記支持物の負荷応力を推定する工程と、
を有することを特徴とする架空設備用支持物の負荷応力推定方法。 - 前記支持物の表面形状を測定する工程において、前記支持物の表面又は前記支持物の近傍に、少なくとも2箇所のマーカーを設定し、複数の前記マーカーを前記三次元形状測定装置を用いて測定することにより、前記マーカーを基準とする三次元座標空間を設定することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の架空設備用支持物の負荷応力推定方法。
- 少なくとも一つの前記マーカーを、前記支持物の周囲に存在する他の架空設備用支持物の表面に設定することを特徴とする請求項5に記載の負荷応力推定方法。
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